CN110469758B - 超大承载全向运载调姿平台及地面自适应全向移动单元 - Google Patents

超大承载全向运载调姿平台及地面自适应全向移动单元 Download PDF

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Abstract

本发明为一种超大承载全向运载调姿平台,包括全向移动调姿单元、X向驱动电杠、车体框架、蓄电池和控制单元,全向移动调姿单元包括移动框架、左旋麦克纳姆轮组、右旋麦克纳姆轮组、驱动单元与运动结构,全向移动调姿单元的运动包括基于麦克纳姆轮的X、Y向移动及Z轴转动,基于导轨、丝杆的X、Y、Z向移动及X、Y轴的转动,共8个自由度,其中基于麦克纳姆轮的全向移动、转动与移动平台的X、Y、Z向移动为主动运动,X、Y轴的转动为被动运动。该设备将大承载全向运动与调姿融合一起,可在转运模式、大范围低精度调姿模式与小范围高精度调姿模式间切换,并有效扩展了六自由度调姿平台的使用范围。

Description

超大承载全向运载调姿平台及地面自适应全向移动单元
技术领域
本发明涉及重型装备制造领域的大部件对接和装配设备技术领域,具体涉及一种适用于低矮空间的基于地面封闭的麦克纳姆轮超大承载全向运载调姿平台。
背景技术
在大型飞机、轮船、电力、海洋等重型装备领域,其产品一般由多个零部件组装而成,因此在生产过程中常常需要进行零部件之间的对接与装配,由于重工领域的零部件体积和质量较大,人工无法直接操作,因此需要借助大承载移动调姿平台进行搬运与装配。现有的移动调姿平台可分为轮式搬运车和麦克纳姆轮搬运车,由于轮式搬运车和麦克纳姆轮车一般只具有平面x、y两个方向移动和铅锤轴即绕其载物平台法线的转动等三个自由度,无法实现零部件的空间六自由度姿态调整,因此在零部件对接过程中常常会发生两个零部件无法对接的问题。为解决这个问题,本领域技术人员将并联机构与车体结合,通过在搬运车上安装多自由度并联调姿机构,实现搬运车的六自由度调姿,例如中国专利CN109231065A公开的一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统。
通过将多自由度并联调姿机构安装到车体上,虽然可以实现零部件的六自由度调姿,但增加的并联机构使得搬运车的高度大大增加,降低了搬运车的通过性,使其无法完成一些低矮空间的设备对接和装配。且由搬运车和并联机构组成的调姿系统,其本质上仍属于两套独立的系统,搬运车和并联机构在工作过程中所产生的运动误差相互累加,进而降低了移动调姿平台末端的运动精度,不利于零部件的高精度对接和装配。
发明内容
为解决现有大承载移动调姿平台功能单一,无法同时完成超大零部件的厂内转运与用于对接、装配的空间六自由度的高精度位置姿态调整;通过多自由度并联调姿机构安装到车体上的大承载移动调姿平台通过性能差,调姿范围小;针对上述问题,本发明提供了一种超大承载全向运载调姿平台,应用于重量30吨以上的超大型重载部件的对接和装配操作以解决上述技术问题。
本发明提供一种超大承载全向运载调姿平台,其结构包括全向移动调姿单元、X向驱动电杠、车体框架、蓄电池组和控制单元,所述全向移动调姿单元呈矩形布置于所述车体框架的四角,顶部与所述车体框架固连,所述X向驱动电缸的第一端与所述车体框架固连,所述X向驱动电缸的第二端与所述全向移动调姿态单元的中间板固连,所述车体框架中部设有所述蓄电池组和所述控制单元;所述全向移动调姿单元包括移动框架、Y向驱动电机丝杠组、X向导轨滑块、转接板、中间板、Y向导轨滑块、Z向滑动支座、十字轴、Z向导轨滑块、Z向升降模块、十字轴支座,所述转接板与所述中间板组成移动副Px,两者通过所述X向导轨滑块进行连接,并由X向驱动电杠驱动,所述中间板与所述十字轴支座形成移动副Py,两者通过所述Y向导轨滑块进行连接,并由Y向驱动电机丝杠组驱动,所述Z向升降器与所述Z向滑动支座形成移动副Pz,两者通过所述Z向导轨滑块连接,所述十字轴支座与所述Z向升降器组成转动副Rx和转动副Ry,两者通过所述十字轴连接;所述全向移动调姿单元还包括左旋麦克纳姆轮组和右旋麦克纳姆轮组,所述左旋麦克纳姆轮组与所述右旋麦克纳姆轮组为对称结构,所述左旋麦克纳姆轮组与所述右旋麦克纳姆轮组分别与所述移动框架固连,所述左旋麦克纳姆轮组、所述右旋麦克纳姆轮组与所述移动框架组成基于麦克纳姆轮的全向移动模块。
可选地,所述左旋麦克纳姆轮组和右旋麦克纳姆轮组均分别包括行走电机减速器、减速器连接支架、双排麦克纳姆轮、回形框架、蝶形弹簧和导向柱;所述双排麦克纳姆轮由两个相同的麦克纳姆轮组成,提高单个麦克纳姆轮的承载力;所述左旋麦克纳姆轮组与右旋麦克纳姆轮组呈矩形布置于移动框架的四角,且同一矩形边两组麦克纳姆轮组旋向相反,具有平面X向移动、Y向移动和Z轴转动三个自由度;所述左旋麦克纳姆轮组、右旋麦克纳姆轮组将双排麦克纳姆轮通过输出轴、轴承、轴承座以及法兰连接在减速器上,并通过所述回形框架固定在所述车体框架上,独立悬挂机构与所述双排麦克纳姆轮相连,包括两套导柱、碟簧和减震块,所述减震块包围在所述轴承座四周,所述导向柱通过轴承座固定在所述减震块的底部,所述碟簧以串联方式连接在所述导向柱上。
可选地,所述全向移动调姿单元包括8个运动副,分别为基于麦克纳姆轮的X向移动副Mx、Y向移动副My、Z向转动副Mrz以及所述转接板的X向移动副Px、Y向移动副Py、Z向移动副Pz、X向转动副Rx和Y向转动副Ry,其中所述转接板的转动副Rx和Ry均为被动副,其余6个运动副为主动副,基于麦克纳姆轮的移动副Mx和My为冗余运动副,以满足高精度调姿需要。
可选地,所述全向移动调姿单元还包括Z向升降丝母、Z向升降丝杠和升降驱动电机减速器,所述Z向升降丝母、所述Z向升降丝杠和升降驱动电机减速器组成驱动模块。
可选地,所述全向移动调姿单元的数量为三组、四组、六组或八组时,其结构分别相应地呈三角形布置、呈矩形布置、呈日形布置或者呈目形布置,通过增加所述全向移动调姿单元,能提高超大承载全向运载调姿平台的承载能力。
可选地,所述Z向升降器上还设有光栅尺、磁尺和直线编码器中的一种,以检测Z向升降模块的运动距离,所述十字轴上可通过设置角度传感器来检测所述车体框架的运动角度,所述车体框架上可通过布置两轴倾角仪来检测所述车体框架的调姿角度,以提高控制精度
可选地,地面自适应全向移动单元包括所述移动框架、行走驱动模块、Y轴平衡支架、组合轮支架、组合轮X轴平衡转轴、Y轴平衡转轴和全向组合轮,所述移动框架通过所述组合轮X轴平衡转轴与所述组合轮支架连接,形成转动副Rx1与Rx2,所述转动副Rx1与所述转动副Rx2为被动副,以适应地面不平,所述移动框架通过所述Y轴平衡转轴与所述Y轴平衡支架连接,形成转动副Ry1与Ry2,所述转动副Ry1与所述转动副Ry2为被动副,以适应地面不平;所述Rx1转轴与Rx2转轴在同一轴线,所述Ry1转轴与Ry2转轴在同一轴线,且Ry1、Ry2所在轴线与Rx1、Rx2所在轴线相交,所述Rx1转轴、Rx2转轴分别与Ry2转轴组合成万向铰U副,且为被动副,双U副结构使所述全向组合轮相对于地面在X方向、Y方向摆动以适应地面变化,从而使所述地面自适应移动底框架在穿过不平底地面时能保持稳定。
可选地,所述全向组合轮包括外轮板、麦轮辊子、中间轮板、横向辊子和辊轴,四片外轮板通过所述辊轴与所述麦轮辊子连接,组成左右两部分麦克纳姆轮结构;所述中间轮板与所述横向辊子组成全向轮结构,所述全向轮结构可以沿垂直和平行轮轴的的方向滚动,所述全向轮结构布置在左右两部分麦克纳姆轮中间,形成全向组合轮,所述全向组合轮具有与麦克纳姆轮相同的全向运动能力,同时通过增加与地面的接触点,提高了运动稳定性。
本发明的有益效果如下:
(1)从机构学的角度来讲,所述超大承载全向运载调姿平台,地面相当于固定平台,所述各条全向移动调姿单元相当于连接固定平台与移动平台的运动支链,从而构成了一种全新的基于开放地面的复杂多支链并联机构,同时全向移动调姿单元承载能力大,定义基于麦克纳姆轮的全向移动为M,包括沿X向移动Mx,沿Y向移动My,绕Z轴旋转Mrz,单分支构型为MPxPyPzU。
(2)实际工作中,所述超大承载全向运载调姿平台有两种工作模式,分别为4-MPzU,4-MrzPxPyPzU。在所述4-MPzU模式下,PxPy锁定不参与调姿,基于麦克纳姆轮的全向调姿系统具有常规的滚动行走功能,还具有调节车体姿态的功能,从而将车体的全向移动与姿态调节有机的整合,在实现不受限制空间内六自由度调姿功能的同时,可提高移动调姿平台的运动精度;同时通过Px、Py可以改变4-MPzU的结构参数,使超大承载全向运载调姿平台适应多种工作需求。在所述4-MrzPxPyPzU模式下,Px,Py是通过伺服电机驱动滚珠丝杠或者电动缸直接驱动,调姿精度高,使超大承载全向运载调姿平台适用于高精度调姿的工作需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例示出的超大承载全向运载调姿平台结构示意图;
图2是本发明一实施例示出的超大承载全向运载调姿平台内部结构示意图;
图3是本发明一实施例示出的超大承载全向运载调姿平台结构侧视示意图;
图4是本发明一实施例示出的超大承载全向运载调姿平台全向移动调姿单元结构示意图;
图5是本发明一实施例示出的超大承载全向运载调姿平台全向移动调姿单元侧视示意图;
图6本发明一实施例示出的超大承载全向运载调姿平台全向移动调姿单元剖视结构示意图;
图7本发明一实施例示出的超大承载全向运载调姿平台全向移动调姿单元左旋麦克纳姆轮组结构示意图;
图8本发明一实施例示出的超大承载全向运载调姿平台全向移动调姿单元左旋麦克纳姆轮组结构剖视示意图;
图9本发明一实施例示出的超大承载全向运载调姿平台全向移动调姿单元右旋麦克纳姆轮组结构示意图;
图10本发明一实施例示出的超大承载全向运载调姿平台全向移动调姿单元右旋麦克纳姆轮组结构剖视示意图;
图11本发明一实施例示出的超大承载全向运载调姿平台机构构型原理图;
图12本发明一实施例示出的又一超大承载全向运载调姿平台地面自适应全向移动单元结构示意图;
图13本发明一实施例示出的又一超大承载全向运载调姿平台地面自适应全向移动单元全向组合轮结构示意图;以及
图14本发明一实施例示出的又一超大承载全向运载调姿平台地面自适应全向移动单元构型原理示意图。
附图标记:
全向移动调姿单元1;X向驱动电杠2;车体框架3;蓄电池4;控制单元5;
移动框架11;左旋麦克纳姆轮组12;右旋麦克纳姆轮组13;Y向驱动电机丝杠组14;X向导轨滑块15;转接板16;中间板17;Y向导轨滑块18;Z向滑动支座19;十字轴110;Z向导轨滑块111;Z向升降器112;十字轴支座113;Z向升降丝母114;Z向升降丝杠115;升降驱动电机减速器116;
左旋麦克纳姆轮组驱动电机减速器121;左减速器连接支架122;左旋麦克纳姆轮123;左回形框架124;左蝶形弹簧125;左导向柱126;左输出轴127;左端盖128;左减震滑块129;左轴承1210;左轮轴1211;
右旋麦克纳姆轮组驱动电机减速器131;右减速器连接支架132;右旋麦克纳姆轮133;右回形框架134;右蝶形弹簧135;右导向柱136;右输出轴137;右端盖138;右减震滑块139;右轴承1310;右轮轴1311;
地面自适应移动底框架61;行走驱动模块62;左旋全向组合轮63;Y轴平衡支架64;组合轮支架65;组合轮X轴平衡转轴66;Y轴平衡转轴67;右旋全向组合轮68;
外轮板631;麦轮辊子632;中间轮板633;横向辊子634;辊轴635。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要注意的是,除非另有说明,本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
下面结合附图,对本发明中的基于地面封闭的麦克纳姆轮串联双联支链腿及移动调姿平台进行详细说明。在不冲突的情况下,下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
如图1~图3所示为超大承载全向运载调姿平台的结构示意图,主要包括全向移动调姿单元1、X向驱动电杠2、车体框架3、蓄电池4和控制单元5。全向移动调姿单元1,呈矩形布置于车体框架四角,顶部与车体框架3固定连接,全向移动调姿单元1的数量为三组、四组、六组和八组时,其结构分别呈三角形布置、呈矩形布置、呈日形布置和呈目形布置,通过增加全向移动调姿单元1的数量,能提高超大承载全向运载调姿平台的承载能力。参见图4,X向驱动电缸2的第一端与车体框架3固定连接,X向驱动电缸2的第二端与全向移动调姿态单元1的中间板17固定连接,X向驱动电缸2可以可根据实际情况选择滚珠丝杠或液压伺服缸。车体框架1中部布置蓄电池组4和控制器5,车体框架3上可通过布置两轴倾角仪来检测车体框架的调姿角度,以提高控制精度。
如图4~图6所示为超大承载全向运载调姿平台中全向移动调姿单元1的结构示意图,全向移动调姿单元1包括移动框架11、左旋麦克纳姆轮组12、右旋麦克纳姆轮组13、Y向驱动电机丝杠组14、X向导轨滑块15、转接板16、中间板17、Y向导轨滑块18、Z向滑动支座19、十字轴110、Z向导轨滑块111、Z向升降器112、十字轴支座113、Z向升降丝母114、Z向升降丝杠115和升降驱动电机减速器116。左旋麦克纳姆轮组12与右旋麦克纳姆轮组13分别与移动框架11固定连接,且麦克纳姆轮组呈矩形布置于移动框架11的四角,且相邻两组麦克纳姆轮组旋向相反;左旋麦克纳姆轮组12、右旋麦克纳姆轮组13为对称结构;左旋麦克纳姆轮组12、右旋麦克纳姆轮组13与移动框架11组成基于麦克纳姆轮的全向移动模块,包括X向移动副Mx、Y向移动副My、Z向转动副Mrz,具有平面X向、Y向移动、Z轴转动三个自由度。
转接板16通过X向导轨滑块15与中间板17连接,形成移动副Px,由X向驱动电杠2驱动,中间板17通过Y向导轨滑块18与十字轴支座113连接,形成移动副Py,由Y向驱动电机丝杠组14驱动,Y向驱动电机丝杠组14由伺服电机、减速器、丝杠和丝母组成。
十字轴支座113通过十字轴110与Z向升降器112连接,形成Rx、Ry转动副结构,由于Rx、Ry转动副不设驱动,故为被动副,只能根据平台姿态变化而改变转动角度。Z向升降器112通过Z向导轨滑块111与Z向滑动支座19连接,形成移动副Pz,由Z向升降丝母114、Z向升降丝杠115、升降驱动电机减速器116相配合组成驱动模块,动力源可根据实际情况选择电动缸或液压伺服缸等。十字轴110上可通过设置角度传感器来检测运动角度。
全向移动调姿单元具有八个自由度,通过以下八个运动副实现,包括基于麦克纳姆轮的全向移动模块的平面X向移动副Mx、Y向移动副My、Z轴转动副Mrz,基于导轨、丝杠的移动副Px、移动副Py、移动副Pz,基于十字轴110与Z向升降的转动副Rx、转动副Ry。其中,基于麦克纳姆轮的X向移动副Mx、Y向移动副My与基于导轨、丝杠的移动副Px、移动副Py为冗余关系,且不同时工作,其中麦克纳姆轮的X向移动、Y向移动应用于大范围转运与低精度调姿,导轨与丝杠的X向移动、Y向移动应用于高精度微调。
Z向升降器112上还设有光栅尺、磁尺和直线编码器中的一种,以检测Z向升降模块的运动距离。
如图7、图8所示,本发明中左旋麦克纳姆轮组主要包括左旋麦克纳姆轮组驱动电机减速器121、左减速器连接支架122、左旋麦克纳姆轮123、左回形框架124、左蝶形弹簧125、左导向柱126、左输出轴127、左端盖128、左减震滑块129、左轴承1210和左轮轴1211。左旋麦克纳姆轮组驱动电机减速器121固定在减速器连接支架122上,通过输出轴127与左轮轴1211连接;左轮轴1211通过轴承1210与减震滑块129连接,且轮轴两侧固定麦克纳姆轮123;减震滑块129穿在导向柱126上,且通过蝶形弹簧125固定;回形框架124与导向柱126固定连接,左端盖128用以定位紧固。
如图9、图10所示是本发明中右旋麦克纳姆轮组的结构示意图,该部分结构包括右旋麦克纳姆轮组驱动电机减速器131、右减速器连接支架132、右旋麦克纳姆轮133、右回形框架134、右蝶形弹簧135、右导向柱136、右输出轴137、右端盖138、右减震滑块139、右轴承1310和右轮轴1311。右旋麦克纳姆轮组驱动电机减速器131固定在减速器连接支架132上,通过输出轴137与右轮轴1311连接;右轮轴1311通过轴承1310与减震滑块139连接,且轮轴两侧固定麦克纳姆轮133;减震滑块139穿在导向柱136上,且通过蝶形弹簧135固定;回形框架134与导向柱136固定连接。
左旋麦克纳姆轮组12、右旋麦克纳姆轮组13均为基于蝶形弹簧的独立悬挂结构,提供相对稳定的麦克纳姆轮与地面接触力,提高超大承载全向运载调姿平台全向移动调姿单元通过性、地面环境适应性、运动稳定性,同时采用双联轮结构提高承载能力。
如图11所示,是本发明一种超大承载全向运载调姿平台机构构型原理图,定义基于麦克纳姆轮的全向移动为M,包括沿X向移动副Mx、沿Y向移动副My和绕Z轴转动副Mrz,包括移动副Px、移动副Py、移动副Pz、转动副Rx、转动副Ry,转动副Rx、转动副Ry组合为万向铰U副,全向移动调姿单元1的单分支整体构型为MPxPyPzU,整个调姿平台的机构学构型为4-MPxPyPzU。在实际工作中,超大承载全向运载调姿平台有两种工作模式,分别为4-MPzU模式和4-MrzPxPyPzU模式。在4-MPzU工作模式下:移动副Px与移动副Py锁定不参与调姿,基于麦克纳姆轮的全向调姿系统具有常规的滚动行走功能,还具有调节车体姿态的功能,将车体的全向移动与姿态调节有机的整合;在4-MrzPxPyPzU工作模式下:移动副Px、移动副Py是通过伺服电机驱动滚珠丝杠或者电动缸直接驱动,调姿精度高,使超大承载全向运载调姿平台适用于高精度调姿的工作需求。同时通过移动副Px、移动副Py可以改变4-MPzU的结构参数,增大或减小4-MPzU调姿空间与精度,使超大承载全向运载调姿平台适应多种工作需求。
如图12、图13、图14所示是本发明超大承载全向运载调姿平台全向移动调姿单元的又一实施例地面自适应全向移动单元。该地面自适应全向移动单元与Y向驱动电机丝杠组14、X向导轨滑块15、转接板16、中间板17、Y向导轨滑块18、Z向滑动支座19、十字轴110、Z向导轨滑块111、Z向升降器112、十字轴支座113、Z向升降丝母114、Z向升降丝杠115和升降驱动电机减速器116,构成全向移动调姿单元的又一实施例。
如图12所示本发明一实施例示出的又一超大承载全向运载调姿平台地面自适应全向移动单元结构示意图,包括地面自适应移动底框架61、行走驱动模块62、左旋全向组合轮63、Y轴平衡支架64、组合轮支架65、组合轮X轴平衡转轴66、Y轴平衡转轴67、右旋全向组合轮68。地面自适应移动底框架61通过Y轴平衡转轴67与Y轴平衡支架64连接,形成转动副Ry1、Ry2,由于Ry1和Ry2不设驱动,故为被动副,用以适应地面不平;地面自适应移动底框架61通过组合轮X轴平衡转轴66与组合轮支架65连接,形成转动副Rx1、Rx2,由于Rx和Rx2不设驱动,故为被动副,适应地面不平;组合轮支架65分别与左旋全向组合轮63、右旋全向组合轮68连接,且相邻全向组合轮旋向相反;左旋全向组合轮63、右旋全向组合轮68与行走驱动模块62连接,行走驱动模块62驱动全向组合轮。
如图13所示一实施例示出的又一超大承载全向运载调姿平台地面自适应全向移动单元全向组合轮结构示意图,包括外轮板631、麦轮辊子632、中间轮板633、横向辊子634、辊轴635;四片外轮板631通过辊轴635与麦轮辊子634连接,组成左右两部分麦克纳姆轮结构;中间轮板633与横向辊子634组成全向轮结构,全向轮结构可以沿垂直和平行轮轴的的方向滚动;全向轮结构布置在左右两部分麦克纳姆轮中间,形成全向组合轮;全向组合轮与地面的接触点增加,具有与麦克纳姆轮相同的全向运动能力,同时提高了运动稳定性。
如图14所示,是本发明一实施例示出的又一超大承载全向运载调姿平台地面自适应全向移动单元构型原理示意图;Ry1转轴与Ry2转轴在同一轴线;Rx1转轴与Rx2转轴在同一轴线;Ry1、Ry2所在轴线与Rx1、Rx2所在轴线相交,同一轴线的Rx2、Rx1与Ry2分别组合成万向铰U副,且均为被动副,双U副结构使全向组合轮能相对于地面在X方向、Y方向进行摆动,以适应地面变化,从而使地面自适应移动底框架61在穿过不平底地面时能保持稳定。
本发明的具体使用过程如下:
本发明超大承载全向运载调姿平台应用于大重量设备的转运、对接、装配;所述全向移动调姿单元1采用四组双联麦克纳姆轮,承载能力大于10吨;所述超大承载全向运载调姿平台布置三组、四组、六组和八组全向移动调姿单元1,承载能力分别为大于30吨、40吨、60吨、80吨;所述全向组合轮,利用麦克纳姆轮全向移动特性,融合全向轮,提高承载能力,单轮承载能力可达到相同尺寸麦克纳姆轮的2倍;
本发明超大承载全向运载调姿平台包括全向移动调姿单元1、X向驱动电杠2、车体框架3、蓄电池4和控制单元5;全向移动调姿单元具有8个自由度,其中基于麦克纳姆轮的全向移动Mx、My与基于导轨丝杠的Px、Py为冗余关系,两者根据工作情况不同,在调姿精度与工作空间上相互补充;超大承载全向运载调姿平台具有空间六自由度调姿功能,工作模式分为转运模式、大范围低精度调姿模式、小范围高精度调姿模式;
转运模式,利用了基于麦克纳姆轮或者全向组合轮的全向移动平台的平面移动功能,实现超大承载全向运载调姿平台的大范围平面运动。
大范围低精度调姿模式,基于麦克纳姆轮或者全向组合轮的全向移动平台的平面移动功能实现X方向、Y方向大范围移动调姿运动,Z轴转动大范围转角调姿运动,移动副Pz作主动运动,十字轴110配合进行转动,使全向移动平台实现绕X轴、Y轴的高精度转角调姿运动。
小范围高精度调姿模式,基于移动副Px、Py平面移动功能实现X方向、Y方向小范围调姿运动,全向移动平台Z轴转动大范围转角调姿运动,移动副Pz与十字轴110配合全向移动平台实现绕X轴、Y轴的高精度转角调姿运动。
以超大承载全向运载调姿平台进行高精度定位为例,阐述其使用过程,其使用过程可按转运模式、小范围高精度调姿模式的顺序进行。首先,从放置地点以转运模式快速转移到目标地点附近;然后,全向移动平台绕Z轴转动以进行角度调节,驱动X向驱动电杠2与Y向驱动电机丝杠组14,使转接板16实现X向、Y向精确定位,再驱动升降驱动电机减速器116使移动副Pz运动,使转接板实现Z向精确定位,同时,当移动副Pz运动时,十字轴110随动,在角度传感器的监测下,全向移动平台实现绕X轴、Y轴的精确调姿运动。
最后应说明的是:以上所述各实施例仅用于说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应该理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种超大承载全向运载调姿平台,包括车体框架和全向移动调姿单元,其特征在于:
所述车体框架与所述全向移动调姿单元的顶部固连,所述车体框架与X向驱动电缸的第一端相连接,所述X向驱动电缸的第二端与所述全向移动调姿态单元的中间板固连,所述车体框架的中部设有蓄电池组和控制单元;
所述全向移动调姿单元包括移动框架、Y向驱动电机丝杠组、X向导轨滑块、转接板、Y向导轨滑块、Z向滑动支座、十字轴、Z向导轨滑块、Z向升降模块、十字轴支座、左旋麦克纳姆轮组和右旋麦克纳姆轮组,所述转接板与所述中间板组成移动副Px,所述转接板与所述中间板通过所述X向导轨滑块进行连接,并由X向驱动电杠驱动;所述中间板与所述十字轴支座形成移动副Py,所述中间板与所述十字轴支座通过所述Y向导轨滑块进行连接,并由所述Y向驱动电机丝杠组驱动;所述Z向升降器与所述Z向滑动支座形成移动副Pz,所述Z向升降器与所述Z向滑动支座通过所述Z向导轨滑块连接,所述十字轴支座与所述Z向升降器组成转动副Rx和转动副Ry,所述十字轴支座与所述Z向升降器通过所述十字轴连接;所述左旋麦克纳姆轮组与所述右旋麦克纳姆轮组为对称结构,所述左旋麦克纳姆轮组与所述右旋麦克纳姆轮组分别与移动框架固连,所述左旋麦克纳姆轮组、所述右旋麦克纳姆轮组与所述移动框架组成基于麦克纳姆轮的全向移动模块。
2.根据权利要求1所述超大承载全向运载调姿平台,其特征在于:所述左旋麦克纳姆轮组和右旋麦克纳姆轮组均分别包括行走电机减速器、减速器连接支架、双排麦克纳姆轮、回形框架、蝶形弹簧和导向柱;所述双排麦克纳姆轮由两个相同的麦克纳姆轮组成以提高单个麦克纳姆轮的承载力;所述左旋麦克纳姆轮组与右旋麦克纳姆轮组呈矩形布置于移动框架的四角,且矩形同一边上的两组麦克纳姆轮组旋向相反,具有平面X向移动、Y向移动和Z轴转动三个自由度;
所述左旋麦克纳姆轮组、右旋麦克纳姆轮组将双排麦克纳姆轮通过输出轴、轴承、轴承座以及法兰连接在减速器上,并通过所述回形框架固定在所述车体框架上,独立悬挂机构与所述双排麦克纳姆轮相连,包括两套导柱、碟簧和减震块,所述减震块包围在所述轴承座的四周,所述导向柱通过轴承座固定在所述减震块的底部,所述碟簧以串联方式连接在所述导向柱上。
3.根据权利要求2所述超大承载全向运载调姿平台,其特征在于:所述全向移动调姿单元包括8个运动副,含有6个主动副和2个被动副,分别为基于麦克纳姆轮的X向移动副Mx、Y向移动副My和Z向转动副Mrz以及所述转接板的X向移动副Px、Y向移动副Py、Z向移动副Pz、X向转动副Rx和Y向转动副Ry,其中所述转接板的转动副Rx和转动副Ry均为被动副,基于麦克纳姆轮的移动副Mx和移动副My为冗余运动副。
4.根据权利要求2所述超大承载全向运载调姿平台,其特征在于:所述全向移动调姿单元还包括Z向升降丝母、Z向升降丝杠和升降驱动电机减速器,所述Z向升降丝母、所述Z向升降丝杠和升降驱动电机减速器组成驱动模块。
5.根据权利要求3所述超大承载全向运载调姿平台,其特征在于:所述全向移动调姿单元的数量为三组、四组、六组或者八组时,其结构分别相应地呈三角形布置、呈矩形布置、呈日形布置或者呈目形布置地布置在车体框架,通过增加所述全向移动调姿单元,能提高超大承载全向运载调姿平台的承载能力。
6.根据权利要求1所述超大承载全向运载调姿平台,其特征在于:所述Z向升降器上还设有光栅尺、磁尺和直线编码器中的一种,以检测Z向升降模块的运动距离,所述十字轴上可通过设置角度传感器来检测所述车体框架的运动角度,所述车体框架上可通过布置两轴倾角仪来检测所述车体框架的调姿角度,以提高控制精度。
7.一种应用于权利要求1至6中任一项所述超大承载全向运载调姿平台的地面自适应全向移动单元,其特征在于:包括移动框架、行走驱动模块、Y轴平衡支架、组合轮支架、组合轮X轴平衡转轴、组合轮Y轴平衡转轴和全向组合轮,所述移动框架通过所述组合轮X轴平衡转轴与所述组合轮支架连接,形成转动副Rx1与Rx2,所述转动副Rx1与所述转动副Rx2为被动副,所述移动框架通过所述组合轮Y轴平衡转轴与所述Y轴平衡支架连接,形成转动副Ry1与Ry2,且所述转动副Ry1与所述转动副Ry2为被动副;
所述转动副Rx1的转轴与转动副Rx2的转轴在同一轴线,所述转动副Ry1的转轴与转动副Ry2的转轴在同一轴线,且转动副Ry1、Ry2所在轴线与转动副Rx1、Rx2所在轴线相交,所述转动副Rx1的转轴、转动副Rx2的转轴分别与转动副Ry2的转轴组合成万向铰U副,且为被动副,双U副结构使所述全向组合轮相对于地面在X方向、Y方向摆动以适应地面变化。
8.根据权利要求7所述地面自适应全向移动单元,其特征在于:所述全向组合轮包括外轮板、麦轮辊子、中间轮板、横向辊子和辊轴,四片外轮板通过辊轴与所述麦轮辊子连接,组成左部分麦克纳姆轮组和右部分麦克纳姆轮组;所述中间轮板与所述横向辊子组成全向轮结构,所述全向轮结构能沿垂直和平行轮轴的方向滚动,所述全向轮结构布置在所述左部分麦克纳姆轮组和右部分麦克纳姆轮组的中间,形成全向组合轮。
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